眾所周知，很多的研究都是起源于對自然界不同領(lǐng)域存在類似現(xiàn)象的假設(shè)開始的。因為宇宙萬物遵循著相同的規(guī)律，即使外表再怎樣的千變?nèi)f化，而內(nèi)在的規(guī)則卻是有著高度一致性。這正是宇宙的神奇之處，也是人類難解的秘密。光子晶體的產(chǎn)生亦是如此，它是科學(xué)家們在假設(shè)光子也可以具有類似于電子在普通晶體中傳播的規(guī)律的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。 8h|M!/&2  
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　 從晶體結(jié)構(gòu)圖中，我們可以看出晶體內(nèi)部的原子是周期性有序排列的，正是這種周期勢場的存在，使得運動的電子受到周期勢場的布拉格散射，從而形成能帶結(jié)構(gòu)，帶與帶之間可能存在帶隙。電子波的能量如果落在帶隙中，就無法繼續(xù)傳播。其實，不論是電磁波，還是其它波如光波等，只要受到周期性調(diào)制，都有能帶結(jié)構(gòu)，也都有可能出現(xiàn)帶隙。而能量落在帶隙中的波同樣不能傳播。 4U?<vby  
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  簡言之，半導(dǎo)體中離子的周期性排列產(chǎn)生了能帶結(jié)構(gòu)，而能帶又控制著載流子（半導(dǎo)體中的電子或者空穴）在半導(dǎo)體中的運動。相似的，在光子晶體中是由光的折射率指數(shù)的周期性變化產(chǎn)生了光帶隙結(jié)構(gòu)，從而由光帶隙結(jié)構(gòu)控制著光在光子晶體中的運動。 PL@~Ys0
  
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　　光子晶體的結(jié)構(gòu)可以這樣理解，正如半導(dǎo)體材料在晶格結(jié)點（各個原子所在位點）周期性的出現(xiàn)離子一樣，光子晶體是在高折射率材料的某些位置周期性的出現(xiàn)低折射率（如人工造成的空氣空穴）的材料。如下圖所示的光子晶體材料從一維到三維的結(jié)構(gòu)，可以明顯看出周期性的存在，而且三維光子晶體的結(jié)構(gòu)圖與普通的硅晶體單從結(jié)構(gòu)是很相似的。高低折射率的材料交替排列形成周期性結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生光子晶體帶隙（Band Gap，類似于半導(dǎo)體中的禁帶）。而周期排列的低折射率位點的之間的距離大小不同，導(dǎo)致了一定距離大小的光子晶體只對一定頻率的光波產(chǎn)生能帶效應(yīng)。也就是只有某種頻率的光才會在某種周期距離一定的光子晶體中被完全禁止傳播。 ?q_^Rj$  
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  如果只在一個方向上存在周期性結(jié)構(gòu)，那么光子帶隙只能出現(xiàn)在這個方向。如果在三個方向上都存在周期結(jié)構(gòu)，那么可以出現(xiàn)全方位的光子帶隙，特定頻率的光進入光子晶體后將在各個方向都禁止傳播。這對光子晶體來說是一個最重要的特性。而且實際上，這種三維光子晶體也是最先被制造出來的。 j$Nf%V 6Y  
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　　因為光被禁止出現(xiàn)在光子晶體帶隙中，所以我們可以預(yù)見到我們能夠自由控制光的行為。例如，如果我們考慮引入一種光輻射層，該層產(chǎn)生的光和光子晶體中的光子帶隙頻率相同，那么由于光的頻率和帶隙一致則禁止光出現(xiàn)在該帶隙中這個原則就可以避免光輻射的產(chǎn)生。這就使我們可以控制以前不可避免的自發(fā)輻射。 %:3'4;jh%  
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　　而如果我們通過引入缺陷破壞光子晶體的周期結(jié)構(gòu)特性，那么在光子帶隙中將形成相應(yīng)的缺陷能級。將僅僅有特定頻率的光可在這個缺陷能級中出現(xiàn)。這就可以用來制造單模發(fā)光二極管和零域值激光發(fā)射器（詳見光子晶體應(yīng)用）。而如果產(chǎn)生了缺陷條紋––即沿著一定的路線引入缺陷，那么就可以形成一條光的通路，類似于電流在導(dǎo)線中傳播一樣，只有沿著“光子導(dǎo)線”（即缺陷條紋）傳播的光子得以順利傳播，其它任何試圖脫離導(dǎo)線的光子都將被完全禁止。理想狀態(tài)下我們已經(jīng)實現(xiàn)了一條無任何損耗的光通路。這種光通路甚至比光纖更有效。 w$j{Hp6m  
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　　近年來，光子晶體得到了越來越多的關(guān)注和推崇。科學(xué)家們從各個方面來尋求開發(fā)應(yīng)用光子晶體的途徑。然而，光子晶體得到廣泛應(yīng)用，還需要解決以下幾個問題： Lz@$3(2  
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